基于级联非对称多电平的STATCOM的仿真研究

摘要

配电系统的电能质量受到用户负荷的影响，并会对相邻负载产生影响。使用静止同步补偿器（STATCOM）来补偿系统无功功率和治理谐波是一种行之有效的方法，特别是在高压系统中使用多电平逆变器，是提高功率因数、改善电能质量的有效手段。近年来，在经典拓扑结构的基础上，衍生出混合多电平逆变器等非对称拓扑结构，响应速度更快、动态性能更佳、补偿精度更高。
　　本文将级联非对称多电平逆变器用于静止同步补偿器中，以研究级联不对称多电平逆变器的拓扑结构、调制方法、控制策略及其在无功补偿中的应用为主线，首先在阐述级联非对称多电平STATCOM的国内外现状的基础上，研究分析了STATCOM的工作原理和控制方式，对基于瞬时无功理论的电流检测方法、调制策略等进行了深入研究与分析。其次，论文详细论述了静止同步补偿器主电路的拓扑结构，分析研究了其电路工作过程，并对于新型拓扑电路的主要参数：直流侧电容和飞跨电容的选取进行了论述。同时，考虑到级联非对称多电平拓扑的特殊性，采用混合调制策略，在高压级采用与系统同频率的脉冲调制，而低压级采用载波移相脉宽调制（CPS-PWM）策略，能够产生很好的逆变器输入驱动信号。然后，对逆变器的控制策略进行了研究，采用电流直接控制方式，参考指令电流的获取采用了基于瞬时无功理论的dq坐标变换法，并进行了控制系统模型的搭建，能够实现STATCOM的有效控制。
　　最后，根据以上对级联非对称多电平静止同步补偿器的研究设计，在Matlab/Simulink环境下建立了静止同步补偿器的仿真模型，通过仿真分析，验证了混合调制策略下，负载需求变化和系统电压突变时，级联非对称拓扑STATCOM的有效性和可行性。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 STATCOM国内外研究现状

1.2.2 STATCOM主拓扑的研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 STATCOM的理论研究

2.1 STATCOM的工作原理

2.1.1 理想情况下STATCOM的工作原理

2.1.2 实际工况下STATCOM的工作原理

2.2 STATCOM的控制方式

2.2.1 直接电流控制

2.2.2 间接电流控制

2.3 基于瞬时无功理论的电流检测方法

2.3.1 瞬时无功功率理论

2.3.2 pq检测法

2.3.3 ip-iq检测法

2.3.4 dq坐标变换检测法

2.4 本章小结

3 主拓扑及调制策略设计

3.1 主电路拓扑分析

3.2 电容的选取

3.2.1 直流侧电容的选取

3.2.2 飞跨电容的选取

3.3 混合调制策略

3.3.1 混合调制策略概述

3.3.2 混合调制策略的选取

3.4 本章小结

4 控制策略的研究

4.1 控制系统整体框图

4.2 控制系统建模

4.3 电流控制方式

4.4 本章小结

5 STATCOM仿真研究

5.1 STATCOM的仿真模型

5.1.1 系统整体模型搭建

5.1.2 电源及负载模块

5.1.3 主电路模型

5.2 系统仿真分析

5.2.1 负载变化时的STATCOM仿真

5.2.2 系统补偿特性的仿真分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者从事科学研究和学习经历简介

作者攻读硕士学位期间取得的学术成果